常用逻辑部件介绍
数字逻辑电路基础知识整理
数字逻辑电路基础知识整理数字逻辑电路是电子数字系统中的基础组成部分，用于处理和操作数字信号。
它由基本的逻辑门和各种组合和顺序逻辑电路组成，可以实现各种功能，例如加法、减法、乘法、除法、逻辑运算等。
下面是数字逻辑电路的一些基础知识整理：1. 逻辑门：逻辑门是数字逻辑电路的基本组成单元，它根据输入信号的逻辑值进行逻辑运算，并生成输出信号。
常见的逻辑门包括与门、或门、非门、异或门等。
2. 真值表：真值表是描述逻辑门输出信号与输入信号之间关系的表格，它列出了逻辑门的所有输入和输出可能的组合，以及对应的逻辑值。
3. 逻辑函数：逻辑函数是描述逻辑门输入和输出信号之间关系的数学表达式，可以用来表示逻辑门的操作规则。
常见的逻辑函数有与函数、或函数、非函数、异或函数等。
4. 组合逻辑电路：组合逻辑电路由多个逻辑门组合而成，其输出信号仅取决于当前的输入信号。
通过适当的连接和布线，可以实现各种逻辑操作，如加法器、多路选择器、比较器等。
5. 顺序逻辑电路：顺序逻辑电路由组合逻辑电路和触发器组成，其输出信号不仅取决于当前的输入信号，还取决于之前的输入信号和系统状态。
顺序逻辑电路可用于存储和处理信息，并实现更复杂的功能，如计数器、移位寄存器、有限状态机等。
6. 编码器和解码器：编码器将多个输入信号转换成对应的二进制编码输出信号，解码器则将二进制编码输入信号转换成对应的输出信号。
编码器和解码器可用于信号编码和解码，数据传输和控制等应用。
7. 数字信号表示：数字信号可以用二进制表示，其中0和1分别表示低电平和高电平。
数字信号可以是一个比特（bit），表示一个二进制位；也可以是一个字（word），表示多个二进制位。
8. 布尔代数：布尔代数是逻辑电路设计的数学基础，它通过符号和运算规则描述了逻辑门的操作。
布尔代数包括与、或、非、异或等基本运算，以及与运算律、或运算律、分配律等运算规则。
总的来说，数字逻辑电路是由逻辑门和各种组合和顺序逻辑电路组成的，它可以实现各种基本逻辑运算和数字信号处理。
数字逻辑电路基础知识整理(属于个人笔记)
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编/译码器主要有 2/4、3/8 和 4/16 译码器 74X139、 74X138、74X154 等。 4：计数器 计数器主要有同步计数器 74 X161 和异步计数器 74X393 等。 5：寄存器 寄存器主要有串-并移位寄存器 74X164 和并-串寄存器 74X165 等。 6：触发器 触发器主要有 J-K 触发器、带三态的 D 触发器 74X374、不带三态的 D 触发器 74X74、 施密特触发器等。 7：锁存器 锁存器主要有 D 型锁存器 74X373、寻址锁存器 74X25 9 等。 8：缓冲驱动器 缓冲驱动器主要有带反向的缓冲驱动器 74X24 0 和不带反向的缓冲驱动器 74X244 等。 9：收发器 收发器主要有寄存器收发器 74X543、通用收发器 74X245、总线收发器等。 10：总线开关 < br />总线开关主要包括总线交换和通用总线器件等。 11：背板驱动器 背板驱动器主要包括 TTL 或 LVTTL 电平与 GTL/GTL+（GTLP）或 BTL 之间的电平转换 器件。 12：包含特殊功能的逻辑器件 A．总线保持功能（Bus hold） 由内部反馈电路保持输入端最后的确定状态,防止因输入端浮空的不确定而导致器 件振荡自激损坏;输入端无需外接上拉或下拉电阻,节省 PCB 空间,降低了器件成本开销 和功耗。ABT、LVT、ALVC、ALVCH、 ALVTH、LVC、GTL 系列器件有此功能。 命名特征为 附加了“H& rdquo;如：74ABTH16244。
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高级 CMOS 逻辑器件 与 TTL 电平兼容高级 CMOS 逻辑器件 高级高速 CMOS 与 TTL 电平兼容高级高速 CMOS 高级低压 CMOS 技术 高级超低压 CMOS 逻辑器件 高级超低功耗 CMOS 逻辑 高级超低压 CMOS 逻辑器件 低压高带宽总线开关技术 低压转换器总线开关技术 Crossbar 技术 具有下冲保护的 CBT 低压 Crossbar 技术 CMOS 逻辑器件 快速 CMOS 技术 发射接收逻辑器件（GTL+） 高速 CMOS 逻辑器件 与 TTL 电平兼容高速 CMOS 逻辑器件 其电路含 AC、ACT 及 FCT 系列 低压 CMOS 技术 低压 CMOS 技术 低压 CMOS 技术 内部集成电路 内部集成电路 残余连续终结低压逻辑器件
计算机组成原理补-数字逻辑2
译码器
常见的MSI二进制译码器 二进制译码器： ♦ 常见的MSI二进制译码器： 2-4线(2输入4输出)译码器 (2输入 输出) 输入4 3-8线(3输入8输出)译码器 (3输入 输出) 输入8 4-16线(4输入16输出)译码器等。 16线(4输入16输出 译码器等。 输入16输出)
例：3－8译码器
① 分析： 分析： A9 A8 A7 A6 A5 A4 A3……A0 A设备 0 B设备 0 C设备 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 0 1 0 0 1 X X X X X X X X X X X X Y2 Y4 Y7
用3：8译码器实现
例）
译码器应用
② 设计： 设计：
74LS138
A6 A5 A4 A7 A8 A9 C B A G1 G2A G2B
§2.1 组合逻辑电路的分析方法
给定—— 给定—— 逻辑图 待求—— 待求—— 真值表 步骤： 步骤： 1. 根据逻辑图写出表达式 2. 根据表达式化简 3. 根据最简表达式列真值表 4. 根据真值表说明逻辑功能 5. 对电路进行评价和改进
例 1:
F1 +
F2 F1
F2
A 表达式为： 表达式为： F1=AB F2=A+B =AB
B
A
B
真值表 AB F2F1 00 0 0 01 0 1 10 1 0 11 0 0
A<B F2F1 =01 A=B F2F1 =00 A>B F2F1 =10
2.2 组合逻辑电路的设计方法
已知—— 已知—— 设计要求 待求—— 待求—— 逻辑图 步骤： 步骤： 1. 根据设计要求确定 根据设计要求 设计要求确定 2. 根据真值表 3. 化简 4. 按设计要求，变换逻辑表达式 按设计要求， 5. 画出逻辑图 真值表 卡诺图(表达式) 卡诺图(表达式)
计算机逻辑部件
计算机逻辑部件
计算机逻辑部件是计算机中用于处理和执行逻辑运算的基本组件。
这些部件是构成计算机中央处理器（CPU）的重要组成部分，负责执行各种算术和逻辑操作。
常见的计算机逻辑部件包括：
逻辑门（Logic Gates）：逻辑门是计算机中最基本的逻辑部件，用于执行逻辑运算，如与门、或门、非门等。
所有计算机的逻辑运算都是通过组合不同类型的逻辑门来实现的。
加法器（Adder）：加法器用于执行二进制的加法运算，是计算机中常见的算术逻辑单元（ALU）的一部分。
算术逻辑单元（ALU）：ALU是计算机中用于执行算术和逻辑运算的核心部件。
它可以执行加法、减法、逻辑与、逻辑或等操作。
寄存器（Register）：寄存器是用于暂时存储数据的高速存储单元。
计算机的数据处理通常涉及将数据暂时存储在寄存器中，然后进行操作和传输。
随机存取存储器（RAM）：RAM是用于临时存储数据和程序的主要内存。
它允许CPU快速读取和写入数据。
可编程逻辑器件（例如FPGA）：这些器件允许用户根据需要配置和重新配置逻辑功能，从而实现特定的计算任务。
这些逻辑部件的组合和协调，使计算机能够进行复杂的计算和数据处理，从而实现各种应用和功能。
在现代计算机中，这些部件已经高度集成，并且存在于微处理器芯片中，使得计算机能够执行高效和多样化的任务。
数字电路的基础知识 几种常用的组合逻辑组件
（2-1）
加法运算的基本规则： （1）逢二进一。 （2）最低位是两个数最低位的叠加，不需考虑进位。 （3）其余各位都是三个数相加，包括加数、被加数和低位来的进位。 （4）任何位相加都产生两个结果：本位和、向高位的进位。
（2-2）
（1）半加器：
半加运算不考虑从低位来的进位
A---加数；B---被加数；S---本位和； C---进位。
设ABC每个输出代表一种组合。 b.由状态表写出逻辑式 c.由逻辑式画出逻辑图
（2-23）
2-4线译码器74LS139的内部线路
A1
A0 输入
S
控制端
&
Y3
&
Y2
输出
&
Y1
&
Y0
（2-24）
74LS139的功能表
S
A1 A0
Y0
Y1
Y2
Y3
1XX 1 1 1 1
0000111
0011011
0101101
（2-36）
0111110
“—”表示低电平有效。
（2-25）
74LS139管脚图
Ucc 2S 2A0 2A1 2Y0 2Y1 2Y2 2Y3
2S 2A0 2A1 2Y0 2Y1 2Y2 2Y3
1S
1A0 1A1 1Y0 1Y1 1Y2 1Y3
1S 1A0 1A1 1Y0 1Y1 1Y2 1Y3 GND
一片139种含两个2-4译码器
（2-26）
例：利用线译码器分时将采样数据送入计算机。
总 线
三态门
EA 三态门
EB 三态门
EC 三态门
ED
A
B
C
常用逻辑部件介绍
逻辑门的表示方法：
逻辑门 与门
Y = A∧ B
或门 Y = A∨ B
非门 Y=A
国家标准符号
A B
&
Y
A B
≥1
Y
A1Y
旧教材使用符号
A B
Y
A Y
B
A
Y
常用逻辑部件介绍
逻辑门
与非门 Y = A∧ B
或非门 Y = A∨ B
异或门 Y=A∨B
国家标准符号
A B
&
Y
A B
≥1
Y
A =1 B
Y
旧教材使用符号
CP
DQ
D
CP
Q 触发信号:高电平
常用逻辑部件介绍
按触发信号的不同 ，触发器分为：
边沿触发 电平触发
上升沿触发 下降沿触发
高电平触发 低电平触发
CP
常用逻辑部件介绍
1. 上升沿触发方式
DQ
CP
2. 下降沿触发方式
DQ
CP
CP
CP D 0 1
其它 ×
CP
Q 0 1 Q0(不变）
CP D 0 1
其它 ×
常用逻辑部件介绍
时序逻辑电路例 : 触发器
D触发器
CP
DQ
D
CP
Q
输出信号Q的状态不仅与输入信号D当时的状态有关， 还与Q过去的状态有关。
常用逻辑部件介绍
触发器是时序逻辑电路常用的基本单元。 D触发器、J-K触发器、R-S触发器
以D触发器为例
DQ
CP R
输入端 D 输出端 Q 触发端 CP 清0端 R
A
Y
Y
A
第9章组合逻辑电路
P1 A
P2 B C
P3 BC P4 P1 P2 A(B C)
P5 A P3 ABC
Y P4 P5 A(B C) ABC
（2）用卡诺图化简输出函数表达式。
Y A(B C) ABC A(B C) ABC AB AC AB AC
0
1
0
0
1
0
0
0
1
1
1
1
0
0
0
1
0
1
1
1
1
0
1
1
1
1
1
表9.2 真值表
9.1.3组合逻辑电路的设计
（3）由真值表写出输出变量函数表达式并化简：
Y ABC ABC ABC ABC AB BC AC （4）画出逻辑电路如图9.2所示。
AB
C 00 01 11 10
A
00 0 1 0
（1）确定输入、输出变量，定义逻辑状态的含义。
设A、B、C代表三个人，作为电路的三个输入变量，当A、 B、C为1时表示同意，为0表示不同意。将Y设定为输出变 量，代表决意是否通过的结果，当Y为1表示该决意通过， 当Y为0表示决意没有通过。
（2）根据题意列出真值表，如表9.2所示。
A
B
C
Y
0
0
0
0
0
• （2）根据真值表写逻辑表达式，并化简成最简“与或” 逻辑表达式。
• （3）选择门电路和型号。 • （4）按照门电路类型和型号变换逻辑函数表达式 • （5）根据逻辑函数表达式画逻辑图。
• 例9.2 设计一个三人表决器电路，当两个或两个以上的人 表示同意时，决意才能通过。 解：根据组合逻辑电路的设计方法，可按如下步骤进行。
运算器
运算器的逻辑操作可将两个数据按位进行与、或、异或，以及将一个数据的各位求非。有的运算器还能进行 二值代码的16种逻辑操作。
运算器是计算机中处理数据的功能部件。对数据处理主要包括数据的算术运算和逻辑数据的逻辑操作。因此, 实现对数据的算术与逻辑运算是运算器的核心功能。
基本理论
数据 操作
运算方法 结构
运算器运算器的处理对象是数据，所以数据长度和计算机数据表示方法，对运算器的性能影响极大。70年代 微处理器常以1个、4个、8个、16个二进制位作为处理数据的基本单位。大多数通用计算机则以16、32、64位作 为运算器处理数据的长度。能对一个数据的所有位同时进行处理的运算器称为并行运算器。如果一次只处理一位， 则称为串行运算器。有的运算器一次可处理几位 （通常为6或8位），一个完整的数据分成若干段进行计算，称 为串/并行运算器。运算器往往只处理一种长度的数据。有的也能处理几种不同长度的数据，如半字长运算、双倍 字长运算、四倍字长运算等。有的数据长度可以在运算过程中指定，称为变字长运算。
Babbage的蒸汽动力计算机虽然最终没有完成，以今天的标准看也是非常原始的，然而，它勾画出现代通用 计算机的基本功能部分，在概念上是一个突破。
在接下来的若干年中，许多工程师在另一些方面取得了重要的进步，美国人Herman Hollerith（18601929），根据提花织布机的原理发明了穿孔片计算机，并带入商业领域建立公司。
实现运算器的操作，特别是四则运算，必须选择合理的运算方法。它直接影响运算器的性能，也关系到运算 器的结构和成本。另外，在进行数值计算时，结果的有效数位可能较长，必须截取一定的有效数位，由此而产生 最低有效数位的舍入问题。选用的舍入规则也影响到计算结果的精确度。在选择计算机的数的表示方式时，应当 全面考虑以下几个因素：要表示的数的类型（小数、整数、实数和复数）：决定表示方式，可能遇到的数值范围： 确定存储、处理能力。数值精确度：处理能力相关；数据存储和处理所需要的硬件代价：造价高低。
5.1组合逻辑电路(1)全加器
&
◇用与或非门实现
RA00 G 0 1 1 01 11 10
利用填1格，圈0格，
0
0 1 0 1 1 1
RAG R AG R AG
R
写出Z的逻辑表达式，
等式两边求反，得出 与或非表达式。
& 1 & A
1
Z RAG R AG R AG
Z R AG R AG R AG
最后画出用与或非门 实现的逻辑电路图。
0 1
1 1 1 1
1 0
0 0 0 1
0 0
0 1 1 0
0 0
1 0 1 0
1 1
1
1 1
1
0 1
1
1 0
1
3 2 Q 1 0 Ci
W X Y Z
例4：用两片超前进位全加器实现两个8421 BCD码 的相加。 输入：8421BCD码A3A2A1A0 和B3B2B1B0 输出：8421BCD码D4D3D2D1D0 列真值表： Cn m(10,11,12,13,14,15,16,17,18) S3S2 CO m(10,11,12,13,14,15) 00 01 11 10 S1S0 1 00 CO S3S2 S3S1 逻辑图如图：
Si COi 0 1 1 0 1 0 0 1 0 0 0 1 0 1 1 1
10
Si m(1,2,4,7)
Ai Bi CIi
COi m(3,5,6,7)
Ai Bi ACIi BiCIi i
Si AiBi CIi 00 0 1
01 11
1
1
COi AiBi CIi 00 0 1
串行进位全加器：并行相加，串行进位
(完整版)《数字电子技术》知识点
《数字电子技术》知识点第1章 数字逻辑基础1．数字信号、模拟信号的定义2．数字电路的分类3．数制、编码其及转换要求：能熟练在10进制、2进制、8进制、16进制、8421BCD 之间进行相互转换。
举例1：（37.25）10= ( )2= ( )16= ( )8421BCD 解：（37.25）10= (100101.01)2= ( 25.4)16= (00110111.00100101)8421BCD 4．基本逻辑运算的特点与运算：见零为零，全1为1；或运算：见1为1，全零为零；与非运算：见零为1，全1为零；或非运算：见1为零，全零为1；异或运算：相异为1，相同为零；同或运算：相同为1，相异为零；非运算：零变 1， 1变零；要求：熟练应用上述逻辑运算。
5．数字电路逻辑功能的几种表示方法及相互转换。
①真值表（组合逻辑电路）或状态转换真值表（时序逻辑电路）：是由变量的所有可能取值组合及其对应的函数值所构成的表格。
②逻辑表达式：是由逻辑变量和与、或、非3种运算符连接起来所构成的式子。
③卡诺图：是由表示变量的所有可能取值组合的小方格所构成的图形。
④逻辑图：是由表示逻辑运算的逻辑符号所构成的图形。
⑤波形图或时序图：是由输入变量的所有可能取值组合的高、低电平及其对应的输出函数值的高、低电平所构成的图形。
⑥状态图（只有时序电路才有）：描述时序逻辑电路的状态转换关系及转换条件的图形称为状态图。
要求：掌握这五种（对组合逻辑电路）或六种（对时序逻辑电路）方法之间的相互转换。
6．逻辑代数运算的基本规则①反演规则：对于任何一个逻辑表达式Y ，如果将表达式中的所有“·”换成“＋”，“＋”换成“·”，“0”换成“1”，“1”换成“0”，原变量换成反变量，反变量换成原变量，那么所得到的表达式就是函数Y 的反函数Y （或称补函数）。
这个规则称为反演规则。
②对偶规则：对于任何一个逻辑表达式Y ，如果将表达式中的所有“·”换成“＋”，“＋”换成“·”，“0”换成“1”，“1”换成“0”，而变量保持不变，则可得到的一个新的函数表达式Y ＇，Y ＇称为函Y 的对偶函数。
数电常用组合逻辑功能器件
S0
Ci Si ∑
Ai B i Ci-1
A0 B0 C-1
本章小结
1．常用的中规模组合逻辑器件包括编码器、译码器、数据 选择器、数值比较器、加法器等。
2．上述组合逻辑器件除了具有其基本功能外，还可用来设 计组合逻辑电路。应用中规模组合逻辑器件进行组合逻 辑电路设计的一般原则是：使用 MSI芯片的个数和品种型 号最少，芯片之间的连线最少
L ? ABC ? ABC ? ABC ? ABC ? m1 ? m2 ? m4 ? m7 ? m1 ?m2 ?m4 ?m7
F ? ABC ? ABC ? ABC ? m3 ? m5 ? m6 ? m3 ?m5 ?m6
G ? ABC ? ABC ? ABC ? ABC ? m0 ? m2 ? m4 ? m6 ? m0 ?m2 ?m4 ?m6
A3 A2A1 A0
D7 D6 D 5 D4 D3 D2 D1 D0
2．实现组合逻辑函数
（1）当逻辑函数的变量个数和数据选择器的地址输入变量个数相同时，可直接 用数据选择器来实现逻辑函数。
例4.3.1 试用8选1数据选择器74151实现逻辑函数：
L ? AB? BC? AC
L
解： 将逻辑函数转换成最小
三、数据选择器的应用
1．数据选择器的通道扩展
用两片74151组成 “16选1”数据选择器
Y
Y
≥1
&
Y
Y
74151(2)
G A2 A1 A0
D7 D6 D 5 D4 D 3 D2 D1 D0
Y
Y
74151(1)
G A2 A1 A0
D7 D 6 D5 D4 D3 D2 D 1 D0
如何设计一个基本的逻辑门电路
如何设计一个基本的逻辑门电路逻辑门电路是计算机中的基础组成部分，广泛应用于数字电路和计算机科学领域。
设计一个基本的逻辑门电路需要考虑电路功能、结构和性能等方面的因素。
本文将探讨如何设计一个基本的逻辑门电路，并介绍一些常见的逻辑门及其应用。
一、逻辑门电路的设计原理在设计逻辑门电路之前，我们需要了解逻辑门的基本原理。
逻辑门是由多个晶体管组成的，它们可接受一个或多个输入信号，并输出一个或多个输出信号。
常见的逻辑门包括与门（AND）、或门（OR）、非门（NOT）等。
不同的逻辑门具有不同的功能和输出规则。
设计一个基本的逻辑门电路时，我们需要确定以下几个关键要素：1. 选择逻辑门类型：根据设计要求，选择合适的逻辑门类型，如AND、OR、NOT等。
2. 确定输入和输出数目：根据需求确定所需的输入信号数目和输出信号数目。
3. 连接逻辑门：根据逻辑门的真值表，将逻辑门按照正确的顺序连接起来，形成一个完整的逻辑电路。
二、常见的逻辑门及其应用1. 与门（AND）：与门是最基本的逻辑门之一，它接受两个或多个输入信号，并在所有输入信号都为高（1）时输出高（1）。
与门的符号为“&”，用于表示逻辑与操作。
与门可应用于需要同时满足多个条件的情况，如闸门控制、信号传输等。
2. 或门（OR）：或门也是常见的逻辑门之一，它接受两个或多个输入信号，并在任意一个或多个输入信号为高（1）时输出高（1）。
或门的符号为“|”，用于表示逻辑或操作。
或门可应用于需要满足任意一个条件的情况，如电路开关、数据传输等。
3. 非门（NOT）：非门是最简单的逻辑门，它只接受一个输入信号，并将其取反输出。
非门的符号为“~”，用于表示逻辑非操作。
非门可应用于需要将信号取反的情况，如数据转换、逻辑反馈等。
三、逻辑门电路设计实例下面以AND门为例，介绍一个基本逻辑门电路的设计。
1. 设计要求：设计一个2输入1输出的AND门电路，满足以下逻辑表达式：Y = A&B。
组合逻辑电路
电工学
（四）、逻辑函数的化简
20
在对逻辑函数进行化简时，一般是首先把逻辑函数 化为最简与或式，然后再将其转化为其它形式的最简式， 这是由于从最简与或表达式可以方便地转化为其它形式 的最简式。 在对逻辑函数进行化简时，一般是首先把逻辑函数 化为最简与或式，然后再将其转化为其它形式的最简 式，这是由于从最简与或表达式可以方便地转化为其 它形式的最简式。 在对逻辑函数化简时，主要应用前面讨论的逻辑代 数的基本公式和运算规则。
电工学
15
A B
C
F
信息与控制工程学院 电工电子教学与实验中心电工学课程组
电工学
[例8-2] 已知输出逻辑函数F与输入逻辑变量A、B、C 的波形图如下图所示，试列出该函数的真值表，写出函 数表达式，画出逻辑图。
A B
C
16
F
信息与控制工程学院 电工电子教学与实验中心电工学课程组
电工学
解：①根据波形图求真值表
电工学
1
组合逻辑电路
第八章
本章开始我们将介绍数字电路，数字电路与模拟电路是不 同的，它的特点是，输入与输出信号在时间上和大小上都是不 连续的，电子器件工作在非线性状态，数字电路主要研究输出 与输入信号之间的逻辑关系，因此也将其称为逻辑电路。
第一节 逻辑运算与逻辑门
数字逻辑电路中的输入变量和输出变量之间是逻辑关系，因此 在分析与设计数字逻辑电路时，要用到逻辑运算。本节将讨论逻 辑运算的基本规则和定律以及常用的逻辑门。
（2）由真值表可以确定输入信号 在不同状态下输出函数的状态， 如果输入变量和输出函数的1状态 用高电平表示，0状态用低电平表 示，则可以画出输出与输入之间 的波形图（也叫时序图）。
0 0 0 1 1 1 1 0 1 1 0 0 1 1
计数器的原理
计数器的原理计数器是数字电路中广泛使用的逻辑部件，是时序逻辑电路中最重要的逻辑部件之一。
计数器除用于对输入脉冲的个数进行计数外，还可以用于分频、定时、产生节拍脉冲等。
计数器按计数脉冲的作用方式分类，有同步计数器和异步计数器；按功能分类，有加法计数器、减法计数器和既具有加法又有减法的可逆计数器；按计数进制的不同，又可分为二进制计数器、十进制计数器和任意进制计数器。
一、计数器的工作原理1、二进制计数器（1）异步二进制加法计数器图1所示为用JK触发器组成的4位异步二进制加法计数器逻辑图。
图中4个触发器F0~F3均处于计数工作状态。
计数脉冲从最低位触发器F0的CP端输入，每输入一个计数脉冲，F0的状态改变一次。
低位触发器的Q端与高位触发器的CP端相连。
每当低位触发器的状态由1变0时，即输出一负跳变脉冲时，高位触发器翻转。
各触发器置0端R D并联，作为清0端，清0后，使触发器初态为0000。
当第一个计数脉冲输入后，脉冲后沿使F0的Q0由0变1，F1、F2、F3均保持0态，计数器的状态为0001；当图1 4位异步二进制加法计数器第二个计数脉冲输入后，Q0由1变为0，但Q0的这个负跳变加至F1的CP端，使Q1由0变为1，而此时F3、F2仍保持0状态，计数器的状态为0010。
依此类推，对于F0来说，每来一个计数脉冲后沿，Q0的状态就改变，而对于F1、F2、F3来说，则要看前一位输出端Q是否从1跳到0，即后沿到来时，其输出端的状态才改变，否则Q1、Q2、Q3端的状态同前一个状态一样。
这样在第15个计数脉冲输入后，计数器的状态为1111，第16个计数脉冲输入，计数器恢复为0000。
由上述分析可知，一个4位二进制加法计数器有24=16种状态，每经过十六个计数脉冲，计数器的状态就循环一次。
通常把计数器的状态数称之为计数器的进制数（或称计数器的模），因此，4位二进制计数器也可称之为1位十六进制（模16）计数器。
表1所示为4位二进制加法计数器的状态表。
计算机硬件系统基础知识大全
计算机硬件系统基础知识大全计算机系统由硬件系统和软件系统两大部分组成。
其中，计算机的硬件由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备5大基本部件组成。
运算器也称为算术逻辑部件(ALU)，主要功能是对二进制数码进行算术或逻辑运算。
控制器是计算机的神经中枢，指挥计算机各个部件自动、协调地工作。
在计算机的5个基本部件中，运算器和控制器共同组成了中央处理器(CPU)，而CPU和和存储器又构成了计算机的主机。
下面将具体介绍各个部件。
4.1 运算器(1)运算器的组成运算器的基本功能是完成对各种数据的加工处理，即数据的算术运算和逻辑运算。
运算器由算术逻辑单元、累加器、状态寄存器、通用寄存器组等组成。
运算器包括寄存器、执行部件和控制电路三个部分。
运算器中的寄存器用于I临时保存参加运算的数据和运算的中间结果等。
执行部件包括一个加法器和各种类型的输入输出门电路。
控制电路按照一定的时间顺序发出不同的控制信号，使数据经过相应的门电路进人寄存器或加法器，完成规定的操作。
运算器主要由算术逻辑部件、通用寄存器组和状态寄存器组成。
· 算术逻辑部件ALU。
ALU主要完成对二进制信息的定点算术运算、逻辑运算和各种移位操作。
ALU能处理的数据位数(即字长)与机器有关。
· 通用寄存器组：近期设计的机器的运算器都有一组通用寄存器。
主要用来保存参加运算的操作数和运算的结果。
· 状态寄存器：状态寄存器用来记录算术、逻辑运算或测试操作的结果状态。
程序设计中，这些状态通常用作条件转移指令的判断条件，所以又称为条件码寄存器。
(2)与运算器相关的性能指标包括计算机的字长和运算速度· 字长：指计算机运算部件～次能同时处理的二进制数据的位数。
作为存储数据，字长越长，则计算机的运算精度就越高；作为存储指令，字长越长，则计算机的处理能力就越强。
· 运算速度：计算机的运算速度通常是指每秒钟所能执行的加法指令的数目。
各种电子元器件的用途
各种电子元器件的用途电子元器件是构成电子电路的基本单位，广泛应用于各个领域，下面将介绍几种常见电子元器件的用途。
1. 电阻器：用于控制电流和电压的大小，限制电路中的电流流动。
常见的有定值电阻器和可调电阻器，可以用于分压、调节电流等。
2. 电容器：用于储存电荷和电能，是存储能量的元器件。
在电子电路中，电容器可以用来滤波、调节信号频率、存储数据等。
3. 电感器：用于储存磁能并抵抗电流变化的元器件。
电感器在电子电路中常用于滤波、变压、产生振荡等。
4. 二极管：具有单向导电特性的元器件，广泛应用于整流、开关、信号检测等电路中。
5. 三极管：是一种具有放大和开关功能的半导体器件，常用于放大信号和控制电流的电路中。
6. 可控硅：一种具有放大和控制功率的半导体器件，常用于电力电子和调速控制中。
7. 二极管光耦：利用光电二极管和光敏三极管的特性，把输入电信号转化为光信号，实现电隔离和信号传输。
8. 场效应管（FET）：一种控制电荷通道的电子元器件，具有低输入电流和高输入阻抗的特性，常用于放大和开关电路中。
9. 继电器：一种将小电流控制大电流的元器件，常用于电力系统中的自动控制和电路保护。
10. 集成电路（IC）：在一个芯片上集成了多个电子元器件，是现代电子设备的核心部件。
常见的集成电路有逻辑门、运算放大器、存储器、微处理器等。
11. 传感器：可将非电信号转换为电信号的装置，常用于测量、控制和监测系统中，如温度传感器、压力传感器、光传感器等。
12. 按钮开关：用于控制电路的通断，通过按下或松开按钮来改变电流的流通状态。
13. 变压器：通过电磁感应原理将输入电压变换为输出电压，常用于电力系统的电流变换和功率调节。
14. 发光二极管（LED）：是一种半导体发光元件，具有小尺寸、低功耗和高亮度等特点，广泛应用于指示灯、显示屏、照明等领域。
15. 蜂鸣器：一种能够发出声音的元器件，常用于警报、提示和电子音乐装置等场合。
16. 电位器：用于调节电路的电压、电流或信号的大小，常常用于音量调节、亮度调节等。
alu单元结构-概述说明以及解释
alu单元结构-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述:ALU（算术逻辑单元）是计算机中的一个重要组成部分，负责执行大多数的算术和逻辑运算。
它是计算机中的“心脏”，承担着处理数据的重要任务。
ALU单元结构的设计和功能直接影响着计算机整体的性能和效率。
本文将主要介绍ALU单元的结构、功能及其在计算机中的应用。
通过深入了解ALU单元，读者可以更好地理解计算机的运作原理以及数据处理过程。
同时，也将探讨ALU单元在未来的发展趋势，展望其在计算机领域中的重要作用和发展前景。
1.2 文章结构文章结构部分是为了帮助读者更好地了解整篇文章的组织和内容安排。
本文的结构包括引言、正文和结论三个部分。
引言部分将介绍文章的背景和主题，包括概述、文章结构和目的。
在正文部分，将详细介绍ALU单元的结构、功能和应用。
结论部分将总结ALU单元的重要性，展望其未来发展，并给出最终的结论。
通过这样清晰的文章结构，读者可以更好地理解文章的内容和逻辑脉络，从而更加深入地了解ALU单元的重要性和应用价值。
1.3 目的本文的主要目的是探讨ALU单元结构在现代计算机系统中的重要性和应用。
通过深入分析ALU单元的介绍、功能和应用，我们将帮助读者更好地理解ALU单元在计算机系统中的作用和意义。
我们希望通过本文的研究，读者可以对ALU单元有一个更全面的认识，为他们在学习和应用计算机技术时提供有益的参考和指导。
同时，我们也希望可以展望ALU 单元未来的发展方向，为计算机科技的进步做出贡献。
2.正文2.1 ALU单元介绍ALU（算术逻辑单元）是中央处理器（CPU）中的一个重要部分，它负责执行各种算术和逻辑运算。
ALU包含一组逻辑门和寄存器，用于执行加法、减法、逻辑运算等操作。
其结构通常包括输入端口、输出端口和控制信号线。
ALU单元通常由几个主要部分组成，包括运算器、寄存器和控制单元。
运算器负责执行算术运算，寄存器用于存储操作数和结果，控制单元负责控制各个部分的操作顺序和条件。
常用逻辑部件—编码器和译码器
编码：赋予选定的一系列二进制代码以固定的含义。 编码器：实现编码功能的逻辑电路。
数字系统的信息
数值
编码
文字符号
二进制代码
为了表示字符
1
1. 二进制编码器 将一系列信号状态编制成二进制代码。
n个二进制代码（n位二进制数）有2n种不同的 组合，可以表示2n个信号。
输入： 输出：
N个信号 n位二进制代码
Y2 Y1 Y0 YEX Y0
0
0 1 11 111 1
11 1 01
0
0 11 111 1
11 0 01
0
01 111 1
10 1 01
0
0 111 1
10 0 01
0
0 1 1 1
01 1 01
0
0 1 1
01 0 01
0
0 1
00 1 01
0
0
00 0 01
Y8 Y9 Y10 Y11 Y12 Y13 Y14 Y15
20
译码输出
2. 显示译码器
在数字系统中，常常需要将运算结果用人们习 惯的十进制显示出来，这就要用到显示译码器。
二-十进 制编码
显示译 码器
显示器件
显示器件： 常用的是七段显示器件 a
f gb
e
c
21
d
接法：
共阴极：
“1”亮，“0”不亮
ab c d e f g
十-四线编码器
10
编码表
输入
Y3
Y2
Y1
Y0
I0
0
0
0
0
I1
0
0
0
1
I2
0
第5章常用组合逻辑部件
“0” & C & & 1
C3 A3
A2
C3 进位 A 3 输出
A2
S2 S1 S0 4 位二进制加法器 C0-1 A1 A0 B3 B2 B1 B0 进位输入 加数
S3
被加数
5.2 数值比较器
用来完成两个二进制数的大小比较的逻辑电路称 为数值比较器，简称比较器。
5.2.1 1位数值比较器
设A＞B时L1＝1；A＜B时L2＝1；A＝B时L3＝1。 得1位数值比较器的真值表。
Ci m3 m5 Ai Bi Ai BiCi 1 Ai BiCi 1 Ai Bi ( Ai Bi Ai Bi )Ci 1 Ai B ( Ai Bi )Ci 1 Ai Bi
Ai Bi Ci -1 =1 =1 & & & (a) 逻辑图 Ci Ai Bi Ci -1 Si Ai Bi Ci -1 FA (b) 曾用符号 ∑
逻辑图
L1 (A>B) ≥1 L2 (A<B) ≥1 L3 (A=B)
&
&
&
&
&
&
&
&
&
&
&
≥1 & 1 A3 & 1 B3 & 1 A2
≥1 & 1 B2 & 1 A1
≥1 & 1 B1 & 1 A0
≥1 & 1 B0 A'>B' A'<B' A'=B'
5.2.3 比较器的级联
集成数值比较器
VCC A3 16 15 B2 14 A2 13 A1 12 B1 11 A0 B0 10 9 VDD A3 B3 A>B A<B B0 16 15 14 13 4585 6 7 8 1 B2 2 3 4 5 6 7 8 12 11 A0 B1 10 9
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CLK
T
每个T状态包括：下降沿、低电平、上升沿、高电平
三、总线周期
CPU通过总线完成与存储器、I/O端口之间的操作，
这些操作统称为总线操作。
地址总线 AB
存 储 器
I/O 接 口
输 入 设 备
I/O 接 口
输 出 设 备
数据总线 DB
CPU
控制总线 CB
地址总线 AB
输 出 设 备
存 储 器
I/O 接 口
输 入 设 备
I/O 接 口
数据总线 DB
CPU
控制总线 CB
功能表 单向三态驱动器74LS244
A3~A0 Y3~Y0
1G
A7~A4
Y7~Y4
1G 0 0 1 1
A3~0 0 1 0 1
Y3~0 0 1 高阻 高阻
2G 含两个4位三态驱动器 2G 0 0 1 1 A7~4 0 1 0 1 Y7~4 0 1 高阻 高阻
双向三态驱动器74LS245
A7~A0 Y7~Y0
功能表 G 0 0 1 1 DIR 0 1 0 1
G DIR 双向三态驱动器8286
A7~A0 B7~B0
A Y A Y 高阻 高阻
OE T
OE 0 0 1 1
T 0 1 0 1
A B A B 高阻 高阻
四、 锁存器(触发器)
组合逻辑电路和时序逻辑电路
取指和执行指令可是并行的， 故8088CPU的指令周期 可以不考虑取指时间。
五、时序
为实现某个操作，芯片上的引脚信号在时钟信号的统一控制下，
按一定的时间顺序发出有效信号，这个时间顺序就是时序。
地址总线 AB
CPU
存 储 器
I/O 接 口
输 入 设 备
I/O 接 口
输 出 设 备
数据总线 DB
控制总线 CB
A
EN 三态门
Y
高电平 低电平 高阻态
A
Y
高电平 低电平
逻辑门
三态门
功能表 Y EN 1 1 0 0 A 0 1 0 1 Y 0 1 高阻 高阻
A
EN
控制端高电平有效
A
Y
EN
控制端低电平有效
EN 0 0 1 1
A 0 1 0 1
Y 0 1 高阻 高阻
高阻态的特点
处于高阻状态的三态门， 其输出端既不会有电流流出，也不会有电流流入， 如果与总线相连，此时三态门电路仍连在总线, 但电气上与总线处于断开状态，对总线上的信号无影响上。
常用逻辑部件
一、 二、 三、 四、 五、 逻辑门 三态门 驱动器 锁存器 三态锁存器
重点掌握三态门，锁存器的作用
一、逻辑门（门电路）
在数字电路中实现逻辑运算的电路，简称逻辑门或门电路 。
例
与门、或门、非门、与非门、或非门
逻辑门有两种输出状态：
高电平（逻辑1） 低电平（逻辑0）
逻辑门的表示方法：
控制总线
I/O 接口
2．最大模式
系统规模较大:
除8088CPU外，还可以有其它协处理器
如 数字运算协处理器8087
输入/输出协处理器8089
系统的控制总线由总线控制器8288来提供
8288增强了8088CPU总线的驱动能力 将8088的状态信号(S2~S0)进行译码， 提供8088对存储器、I/O接口进行控制所需的信号
逻辑门 与门 Y = A∧ B 国家标准符号 A B A B & Y 旧教材使用符号 A B A B A
Y
或门 Y = A∨ B 非门 Y=A
≥1
Y
Y
A
1
Y
Y
逻辑门
与非门 Y = A∧ B 或非门 Y = A∨ B 异或门 Y=A∨ B
国家标准符号 A B
A B A B
旧教材使用符号 A B
A B A B
六、时序图
描述某一操作过程中，
芯片/总线上有关引脚信号随时间发生变化的关系图，即时序图。 T1 时间
CLK
A19~A0 ALE
T2
T3
T4
有 关 引 脚 信 号 例
D7~D0 MEMR
IBM PC/XT 总线上存储器读周期时序
学习时序的目的:
加深对指令执行过程及计算机工作原理的了解。
设计接口时，需考虑各引脚信号在时序上的配合。
故一个指令周期通常包含若干个总线周期
例1
执行 MOV BX, AX 取指令
包含: 存储器读周期
例2 执行ADD [ BX ], AX 包含:
1) 取指令 2) 取 ( DS:BX )内存单元操作数 3) 存放结果到 ( DS:BX )内存单元 存储器读周期 存储器读周期 存储器写周期
8088CPU取指令、执行指令分别由BIU、EU完成，
DI0 DI7 DO0 DO7
功能表
OE STB
0 0 0 1 其它 ×
DI
0 1 × ×
DO
0 1 Q0(不变） 高阻 STB 触发控制
OE STB
OE 高阻控制
第二节
一、
有关概念介绍
主频，外频，倍频系数
二、
三、
T状态
总线周期
四、
五、 六、
指令周期
时序 时序图
一、主频，外频，倍频系数
CPU是在时钟信号的控制下工作
PC 数据总线 总 线 插 控制总线
8088 CPU
DT/R DEN
数据收发器
OE T 8286
S0 S1 S2
MRDC 8288 MWTC ALE 总线 IORC 控制器 IOWC INTA 8259A 及有关电路
槽
GND
INTR RQ/GT0 RQ/GT1
二、 8088的引脚功能
8088CPU是双列直插式芯片，
BX, AX BL
2个T周期 70~77个T周期
不同指令的执行时间(即指令周期)是不同的;
同一类型的指令，由于操作数不同，指令周期也不同
例
MOV MUL
BX, AX BL
2个T周期 70~77个T周期 14个T周期
MOV [ BX ], AX
执行指令的过程中，
需从存储器或I/O端口读取或存放数据，
8284A CLK
RESET READY
8088 在最大模式下的典型配置
参看教材新P152 旧P144
地址锁存器 8282(两片) STB 地址总线
CLK RESET READY MN/MX VCC +5V RD QS0 QS1 LOCK TEST HIGH NMI GND
A15~A8 S6~S3/A19~A16 AD7~AD0
CLK
时钟信号是一个按一定电压幅度， 一定时间间隔发出的脉冲信号
CPU所有的操作都以时钟信号为基准
CPU 按严格的时间标准发出地址，控制信号，
存储器、接口也按严格的时间标准送出或接受数据.
这个时间标准就是由时钟信号确定。
CPU的主频或内频指CPU的内部工作频率。
主频是表示CPU工作速度的重要指标，
第三节 8088的引脚功能
一、8088的两种工作模式 二、8088在最小模式下的引脚功能
一、8088的两种工作模式
用8088CPU构成一个系统时，
根据所连的存储器和外设规模的不同，
有两种不同的工作模式:
最小模式
最大模式
最大组态（最小组态）
8088CPU是双列直插式芯片，
共有40条引脚;
引脚33决定工作模式:
A15~A8 S6~S3/A19~A16 AD7~AD0 ALE CLK RESET READY DEN STB OE 数据收发器 OE 8286 T
内 存
数据总线
+5V
VCC
8088CPU
GND GND
IO/M WR RD HOLD HLDA INTR INTA NMI TEST SSO
在 CPU其它性能指标相同时, 主频越高, CPU 的速度越快
CPU的外频或系统频率指CPU的外部总线频率。 倍频系数指CPU主频和外频的相对比例系数。
8088/8086/80286/80386的主频和外频值相同;
从80486DX2开始，CPU的主频和外频不再相同，
将外频按一定的比例倍频后得到CPU的主频，即：
上升沿触发 下降沿触发
边沿触发 电平触发
高电平触发
低电平触发
CP
1. 上升沿触发方式
2. 下降沿触发方式
D
Q
D
Q
CP
CP CP D 0 1 其它 × Q 0 1 Q0(不变） 其它 CP CP
CP
D 0 1 ×
Q 0 1 Q0(不变）
3. 高电平触发方式
4. 低电平触发方式
D
Q
D
Q
CP
CP
CP CP 1 1 其它 D 0 1 × Q 0 1 Q0(不变）
D触发器的特点：
当触发信号有效时，输出Q随输入D变化 , 即Q = D； 当触发信号无效时，即变成非触发信号后， 输出Q不随输入D变化，而保持非触发信号前的状态，Q = Q0 将非触发信号前的状态Q0锁存在Q中, 故触发器又称为锁存器
D触发器
D
CP
Q
CP
D Q
触发信号:高电平
按触发信号的不同 ，触发器分为：
1．最小模式
系统规模小: 只含有一个8088CPU
不含数字运算协处理器、 输入/输出协处理器
系统的控制总线直接由8088CPU的控制线供给，